长输天然气管道焊接裂纹成因及控制对策

长输天然气管道焊接裂纹成因及控制对策

刘继清

山东省泰安市泰山燃气集团有限公司， 山东 泰安 271000

摘要：我国正处于科学技术快速发展与成熟的关键时期，经济与国民生活水平得到持续提高。天然气作为清洁能源的一个类型，其开发与利用工作也得到了社会的广泛关注与重视。在我们的现实生活中，通过长输气管线的大规模建设，越来越多的人使用到了天然气，从而有效地提高了人民生活品质。长输天然气管道是保障人民群众安全、高效用气的最重要设施，因此有关施工企业必须要确保长输管道的焊接质量，防止出现焊缝开裂等问题，保证长输天然气管道的安全稳定运行。

关键词：天然气；长输管道；焊接裂纹；焊接管理

0 前言

随着社会经济的发展，我国的科学技术水平得到了迅速地提高，对能源的需求也在逐步增长。以此为背景，促进了我国对天然气的大规模开采。天然气经过长距离输送，将天然气源源不断地输送到各行各业的生产以及人们家庭中，一方面极大地改善了人民的生活品质，另一方面有利于我国的经济发展，随着社会对天然气的依赖性与日俱增，天然气的安全稳定输送已经成为社会广泛关注的话题。因此施工企业在进行管线焊接时，必须要严格避免因焊接质量不合格造成裂缝问题，从而造成天然气出现泄漏事故。在施工管理中要严格监管管道的焊接质量，为人民的安全用气提供重要保障

1长输天然气管道焊接裂纹成因

1.1冷裂纹

熔合线是长输天然气管网中最易产生冷裂纹的部位，而淬硬组织是管线焊缝中必然存在的一类微观结构，该组织也是造成熔合线部位性能发生脆化的重要因素。此外我们还应该注意到，热影响区中，也会存在大量的氢分子，在氢分子的影响下，会导致焊接区域的韧性不断下降，当焊缝的缺陷发生时，焊缝周围的应力就会变得更强，最终形成冷裂纹。延迟裂纹是这类冷裂纹中最为普遍的一个类型。其产生的根本原因是由于受到氢元素的扩散影响，从而导致了钢管裂纹的产生。

1.2热裂纹

热裂纹的产生是由于钢管在高温环境下产生的。焊接的内部区域是热裂产生的主要部位。天然气管道在受热范围内同样存在部分裂纹，其中主要有纵向裂纹、横向裂纹和根部裂纹等。不同类型的裂纹形态与晶体的关系是比较紧密的，当管线材料中含有杂质，就会相应降低焊接质量，从而导致裂缝的产生。此外需要注意的是，偏析也是熔池结晶难以有效解决的，特别是在大的焊接应力作用下，结晶会被拉开，这也是产生裂纹的一个重要原因。

1.3再热裂纹

在恒温条件下，被焊构件重新加热后产生的裂纹称为再热裂纹。对于长输天然气管道来说，焊接的融合线和热影响区的粗晶区是产生再热裂纹的主要部位。在钢管与焊接部位在焊趾至结晶区的影响区域，一方面受到高温影响，另一方面由于受到预应力的作用，在热处理条件下，结晶过程中出现裂纹的可能性非常大。

1.4层状撕裂裂纹

管线钢在轧制过程中一旦掺入杂质，那么在钢材使用过程中就会出现一种层状的撕裂裂纹。此外，当长输天然气管线在焊接过程中，会产生一种应力，而这种应力出现在轧制的垂直方向。由于上述应力的作用，热影响区域内产生了以阶梯状为主要形式的层状撕裂裂纹。

1.5延迟裂纹

延迟裂纹也属于冷裂纹范畴，但考虑到其自身的特点，本文需要将其分别加以论述。延迟裂纹的产生有多种综合原因，包括：受不同的应力状态、受氢含量的影响等。延迟裂纹较为特殊，与其他因施工等因素而在焊缝表面产生的冷裂纹不同的是，延迟裂纹并不会直接产生，它会在焊接的过程中潜伏于管道上，随着裂纹的发展，它才会突然显现出来，具体何时才会显现是没有规律的。要避免这种情况，首先要对材料的性能有一定的了解，科学判断这些材料是否具有延迟裂纹倾向，一是根据管线钢材中的碳当量来判定，二是采用屈服强度法。

2控制长输天然气管道焊接裂纹的措施

2.1控制冷裂纹措施

在焊接过程中，可以选择碱性焊条，降低管线焊缝金属中的氢含量，改善焊缝金属的塑性，采用标准化的焊接方法。对长输天然气管道焊接后开展热处理作业，以防止应力集中。应该注意焊接前预热，焊接降低冷却速度。在管道的焊接过程中，通过降低氢的来源来降低裂纹。

2.2控制热裂纹措施

若想有效控制长输天然气管道的焊接裂缝的产生，必须对焊缝质量进行严格审查，防止管线钢材中含有硫、磷等物质，并减少管线钢中的含碳量。在实际焊接过程中，应适当增大焊缝形状系数，以防止出现管线焊接作业过程的中心线开裂。

2.3控制再热、层状撕裂裂纹措施

对于再热裂缝的防治，可采用具有天然气热裂纹敏感性的管线钢材，并适当降低管道焊接时产生的应力。而对于层状撕裂裂纹来说，在应用焊接工艺的过程中，通过严格控制降低杂物数量的方法，从而能够有效地防止由于夹杂过多的杂质而导致的裂缝，从而降低管道接头处的拘束应变，防止焊接处产生裂缝。

3天然气管道焊接裂纹的控制对策

3.1强化裂纹区域的控制

第一，在实施防护措施时，可以以冷裂纹为判据依据进行控制，通过对管线内氢分子的含量进行调节，从而提高管线的塑性。第二，根据有关标准和规范，对应力进行有效分散，并加强焊接后的热处理，减缓金属的冷却速率。此外在进行焊接作业之前，还要充分利用预热技术，焊接作业完毕后，要通过缓慢冷却的方法。在焊接时要认真地清除焊接接头中的杂质。焊接作业结束后，要根据焊接的实际情况，采取相应的工艺来排除氢分子。第二，在控制热裂纹时，要严格按照焊接顺序，使用碱性焊条，以减少焊缝中存在的杂质。要从中心线裂缝的生成机理入手，通过对焊缝中的化学成分进行调控，利用温敏性材料，利用降低预热温度的方式，并降低焊接应力，从而有效地解决中心线开裂的问题。

3.2焊条工艺参数

若想有效降低长输天然气管道在焊接作业中的裂纹问题，就必须综合考虑各种因素，同时灵活运用多种技术来避免开裂问题的产生。目前，对焊条工艺参数进行优化是最佳选择，选取工艺参数时，需要严格对焊接技术开展实验验证，确保其达到焊接线能力的有关要求。当氢分子增加时，应减轻焊缝冷却速率。通过合理应用焊接技术来控制裂纹现象，确保长距离管线焊接的高质量开展。

3.3长输天然气焊接技术

在进行焊接过程中，必须把控焊接的气候条件，以优化焊接过程中的外部条件，在外部环境不同情况下，所应用的焊接技术也应随之变化，以降低由于外部环境问题而对焊接情况产生影响的问题发生。比如，在焊接过程中，外界环境中的风力较大，这就需要强化药芯焊丝的应用。为促进管道抗风能力的增长，还可以应用半自动下向技术开展管道焊接，焊接过程中，需要把控焊接的始末两端情况，以依靠后退引弧技术更好的减少长输天然气管道焊接裂缝问题的发生。

结束语：总的来说，随着社会对天然气使用的依赖性越来越高，天然气的安全输送以及使用已经成为社会普遍关注的问题。而输送天然气的长输天然气管道的施工质量是人们安全用气的最重要保障。焊接是天然气管道施工过程中的关键环节，焊接裂纹是影响焊接质量的一大核心因素，因此施工人员必须高度重视焊接工作，并采取必要措施避免出现焊接裂纹。焊接过程中一旦出现焊接裂纹，要及时分析问题产生的原因并开展有效处理，以此来提高焊接质量，为社会的安全稳定用气贡献力量。

参考文献：

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